航空發動機小零件的標準化實踐與數字化管理

鄭冬梅　季江寧

【摘 要】本文闡述了航空發動機型號研制中小零件標準化的實踐過程和經驗，提出了通過編制型號標準件標準實現小零件的通用化和系列化設計，逐步建立和完善發動機專業標準件體系，促進標準件關鍵工藝問題的研究攻關和重要試驗方法的設計與改進。同時提出了標準件資源管理的數字化解決方案，從而促進標準貫徹應用和型號數字化研制。

【關鍵詞】航空發動機；小零件標準化；型號標準；標準件庫

0 引言

標準件在航空武器裝備中是通用化和系列化程度要求最高的零件，不僅影響產品結構強度、壽命，也對產品減重、提高產品可靠性、維修性、安全性等方面起著重要作用，是衡量武器裝備“三化”水平的重要指標之一。目前，航空發動機行業標準件的關鍵問題是沒有形成系列化標準體系，現有行業級以上標準不能滿足新一代發動機設計選用需求，需要發展航空發動機專用標準件標準，滿足設計和生產單位的需求，進而提高型號小零件標準化水平和標準件質量。

1 小零件設計應用情況分析

為整合多方資源，優化設計生產的協調管理，縮短研制周期，新一代航空發動機啟用了協同研發模式。發動機行業標準件本來就基礎薄弱，大量具有通用特征小零件圖在企業內部流通，無法形成規模效益，技術水平參差不齊，這種研發模式在運行不成熟的初期更加限制了全機小零件通用化水平，小零件標準化問題成為發動機研發過程中的突出問題。

1.1 小零件應用現狀分析

1）標準化程度低：以某型發動機我所承研部分設計出圖情況為例，小零件設計圖樣有908個圖號，單臺共計9737件，其中各級標準件76種，單臺共計1454件，僅占全部小零件的14.9%，見圖1。

2）專用化設計：目前通用小零件圖樣結構型式、尺寸規格和材料選用品種繁多，設計技術要素不統一，例如，橡膠密封圈材料有5080、FS6265、FX-2、FX-4等，很多材料沿用老機型，壽命達不到產品貯存期要求，耐高壓和耐高溫密封性不滿足要求，需要經常更換。

3）重復設計：小零件設計主責單位基本根據單元體劃分，資源分散，依托于型號按類別進行獨立圖樣的設計與管理，各專業室溝通和資源共享渠道不暢，圖紙間存在大量無用差異，重復設計問題嚴重，一方面造成很大的設計與管理上的資源浪費，另一方面不利于工廠組織生產。

4）借用件比重大：在型號研制過程中，不同型號之間小零件的借用現象比較普遍，造成借用小零件的管理在不同程度上存在著交叉，為其技術狀態的跟蹤和協調管理帶來麻煩。

1.2 國外先進發動機的小零件應用現狀

國外先進發動機標準件體系較為完善，在CFM56系列發動機中研制中采用了大量的AMS、AS、MS等行業級以上標準，并以此為基礎，配套了200多種結構尺寸標準，其成套性和協調性較好。以CFM56-7B發動機為例，其小零件構成情況見表1，小零件的標準化率高達62.5%。

小零件標準化已成為目前我國航空發動機研制的一個突出問題，為適應新一代發動機的研制需求，需加快全機小零件通用化、系列化、規范化研究進程，逐步建成并完善發動機標準件體系。在行業級以上小零件標準體系不健全的情況下，依托型號研制，以現有小零件設計生產經驗為基礎，借鑒國外先進標準，統籌規劃編制型號小零件標準，實現技術、設備、人力等方面的資源整合與共享，有序推進全機小零件標準化，從而達到提高發動機的研制水平、降低發動機型號研發與生產成本、縮短研制周期的目的。

2 型號小零件標準化實踐

2.1 實施規劃

結合型號研制需求，分析梳理型號小零件設計圖樣數據，優化系列，壓縮品種，淘汰老材料，對標準件品種規格進行整合，初步確定標準項目。經過多輪分析迭代，核查上級標準過濾已有標準項目，剔除通用性不強的標準項目，合并可優化整合的標準項目，積極開展技術創新，提出新型標準件標準項目，在平衡適用性、先進性和經濟性基礎上統籌制定型號小零件標準化實施方案。

2.2 實踐過程

2.2.1 標準編制原則

為了保證協同研發模式下標準的可操作性和標準件的質量，型號標準件標準的編制按如下原則開展：

1）壓縮規格品種，整合設計資源；

2）基于上級標準統一結構要素，避免未經優化的尺寸羅列，從標準的角度和要求出發，以滿足設計使用為目的，經過充分的試驗驗證，優化小零件標準參數尺寸和規格系列；

3）技術要求標準從國家軍用標準和航空行業標準中選擇，已有標準不滿足要求時補充編制配套型號標準件技術條件標準；

4）有分歧的技術要素的確定要經過充分的試驗驗證，同時積累試驗數據。

2.2.2 關鍵問題攻關

1）優化系列，壓縮規格品種

按照型號標準件標準編制實施方案，在保證滿足設計、安裝、使用需求的基礎上，對某型發動機研制中小零件的結構要素進行歸類優化（見表2），壓縮材料品種（見表3）。

2）關鍵技術要求和性能指標確定

結合目前型號小零件設計實際情況，參考國外先進標準和技術，對小零件技術要素進行標準化，對性能指標進行科學的理論設計；缺少設計依據時，參考先進標準，結合小零件設計使用經驗，提出初步指標設計原則和方法，經過驗證和改進迭代后，形成標準件技術要求的性能指標。

3）小零件關鍵工藝改進

在標準討論和標準件鑒定試驗中重點關注標準件螺紋鍍銀技術、自鎖螺母材料熱處理與收口參數的關系、5次加溫加載試驗不合格、螺紋粘接、螺栓螺母分解過程中由于粘接導致的螺栓斷裂等問題，以及自鎖螺母鎖緊性能不能滿足高溫振動試驗要求的相關工藝問題，控制標準件按規范要求達標生產。

4）關鍵試驗方法改進

提高5次加溫5次加載試驗、扳擰試驗等關鍵試驗的試驗精度，參考國外標準，確定切實可行的試驗方法，統一試驗夾具和流程。

2.3 標準件資源的數字化管理

新的小零件設計管理模式在應用實施過程中必然會受到傳統的設計思維和工作流程的制約，為了促進標準貫徹和應用，同時利于型號數字化設計的開展，基于型號標準件標準資源開發標準件庫管理平臺，為標準的使用提出數字化解決方案。標準件庫基于Teamcenter2007創建，在UGNX中調用運行，利用該系統對型號標準件模型進行統一管理和維護，以方便設計使用為目的，數據庫定制有以下特點：

1）數據時效性強，加載方便，模型即調即用；

2）客戶端界面設計科學合理，結構化管理資源，信息引導性強，實用性遠遠優于文檔性目錄，見圖2。

3）解析標準的主要技術要素，實現了合理的數字化解決方案，重新整合幾何和非幾何參數，提高信息識讀性和瀏覽效率；

4）實現面向標準件技術要素的搜索，執行跨標準參數化搜索，融合標準間界限，提高查詢效率和設計效率，見圖3。

3 結論

編制型號專用小零件標準并提出標準資源管理的數字化解決方案，首先變革了小零件設計管理模式，滿足了新一代發動機研制需要；其次促進了標準件工藝關鍵問題的研究攻關和重要試驗方法的設計與改進，從而提高標準件質量；最后，以此為基礎實現行業標準件體系的的逐步建立健全，填補國內航空發動機行業空白。

[責任編輯：王楠]